0,最大迭代优化次数I_= 50,变异系数 Pm= 1· 5 ；
[0035] (3)随机生成一个在分数阶频率控制器中优化变量的下限和上限之间范围内 的实数编码且均匀分布的初始种群P =汜，i = 1，2, "·，ΝΡ}，其中第i个个体P1 = (KPl，K11, KDl，λ μ J，KPl、Kn、KDl、λ η μ i为分别表示第i个分数阶频率控制器比例系数、 积分系数、微分系数、分数阶积分的阶次系数、分数阶微分的阶次系数，本实施例中分数阶 频率控制器中优化变量的下限L = [0, 0, 0, 0, 0]，上限U = [5, 5, 5, 2, 2]，分数阶频率控制 器的传递函数表达式GfJs)为GfJs) =KP+KlS VKdS11;
[0036] (4)按照式（5)对种群P中的每一个个体P1, i = 1，2,…，NP进行适应度函数F1 计算评价，并将当前最好适应度值设置为Ftest= min {F D i = 1，2,…，NP}，将对应的个体设 置为当前最好解Sbf3st;
[0038] 其中！~_和Tniax分别表示微电网系统运行的初始时间和终止时间，Δ f为微电网系 统频率偏差，u为分数阶频率控制器输出信号值，^和w 2为目标函数的权重系数，本实施例 中 W1= 0· 64, w 2= 0· 0003, T max= 220, T min= 100〇
[0039] (5)按照式（6)-⑶对种群P中的每一个个体P1, i = 1，2,…，NP执行幂律变异 (Power mutation，PM)，从而产生新的种群 Pn= {P Ni, i = 1，2,…，NP};
[0043] 其中r和Sr是在[0, 1]范围内产生的均匀分布随机数，L =[0,0,0,0,0]，U = [5, 5, 5, 2, 2]，pm= 1. 5 ;
[0044] (6)按照式（5)对种群P#的每一个个体P Nl, i = 1，2,…，NP进行适应度函数Fni计算评价，得到Pn*最好适应度值F Nb= min {F Ni, i = 1，2,…，NP}，将对应的个体设置为当 前最好解SNb;
[0045] (7)若 Fbest^ F Nb，则设置为 Fbest= F Nb，Sbest= S Nb;否则保持原有 F ^和 S ^不 变；
[0046] ⑶无条件接受P = Pn;
[0047] (9)重复步骤（4)-(8)直到满足用户设定的最大迭代优化次数1_= 50终止条 件；
[0048] (10)输出最终的最佳适应度值Ftest和最佳分数阶频率控制器参数S test = (KPb，KIb，KDb，λ b，μ b)，其中KPb、KIb、KDb、λ b、μ汾别表示最佳分数阶频率控制器比例系数、 积分系数、微分系数、分数阶积分的阶次系数、分数阶微分的阶次系数；
[0049] (11)将基于采样周期Ts= 0. 01秒和最佳分数阶频率控制器参数Sbest的分数阶频 率控制器离散化模型程序烧录到实际独立微电网系统的高性能DSP控制器，独立微电网系 统监控计算机实时输出微电网系统频率偏差、分数阶频率控制器输出和各组件输出功率的 运行曲线。
[0050] 步骤4中所涉及的权重系数^和W2可根据实际工程需求设定，具有一定的灵活性 且能达到不同的优化效果，W1-般选取为[0, 1]范围内的实数，w 2设置为w 2= K (1 - w D， 其中 K 一般选取为 K = (XOlATniax-Tniin),本实施例中 W1= 0.64, Tniax= 220, Tniin= 100〇
[0051] 图4是独立微电网系统中风力发电机、光伏阵列在某一时间范围段内功率变化和 负荷变化情况；图5是本发明实施后的频率偏差△ f (Hz)、控制器输出信号u和功率偏差 AP(pu)的效果图；图6是本发明实施后的飞轮储能系统功率Pfess、铅酸蓄电池功率PBESS、 燃料电池功率Prc、柴油发电机功率PDE(；的效果图。结果表明：在如图4所示的风力发电机、 光伏阵列功率变化和负荷变化情况下，独立微电网系统的频率偏差△ f能够快速且准确地 调节到稳态，分数阶频率控制器输出信号输出u的振荡幅度和振荡时间均较小，功率偏差 A P、飞轮储能系统功率Pfess、铅酸蓄电池功率Pbess、燃料电池功率Prc、柴油发电机功率P DE(；也能快速且准确地调节到稳态，振荡幅度和振荡时间均较小。另外，通过与现有技术对比的 结果表明：本发明具有更佳的控制性能，即响应速度更快、振荡幅度更小、精度更高、稳健性 更好等，并且优化方法仅具有选择和变异操作，所需整定的参数更少，实施更为简单，计算 时间更短。
[0052] 综上所述，采用本发明可实现独立微电网系统智能调频效果，具有现有技术所不 具备的以下优点：独立微电网系统具有更快的响应速度、更小的振荡幅度、更高的控制精度 和更好的稳健性等控制性能，优化方法仅具有选择和变异操作，所需整定的参数更少，实施 更简单，优化效率更高。
【主权项】
1. 一种独立微电网系统分数阶频率控制器优化设计及其实现方法，其特征在于，该方 法包括以下步骤： 1) 独立微电网系统监控计算机读取系统中各组件（包括风力发电机、光伏阵列、柴油 发电机、燃料电池、铅酸蓄电池、飞轮储能系统和电力电子变换器）参数信息、各组件小信 号频率响应模型和负荷数据； 2) 设置优化参数（包括种群大小NP、最大迭代优化次数1_和变异系数pJ数值； 3) 随机生成一个在分数阶频率控制器中优化变量的下限和上限之间范围内的 实数编码且均匀分布的初始种群P= {Pi，i= 1，2,…，NP}，其中第i个个体P1 = (KPl，K11,Kdi，入i，yJ，KPl、Kn、Kdi、入i、y身别表示第i个分数阶频率控制器比例系数、积 分系数、微分系数、分数阶积分的阶次系数、分数阶微分的阶次系数，分数阶频率控制器的 传递函数表达式Gfc(S)为Gfc(S) =KP+KlSVKdS11; 4) 按照式⑴对种群P中的每一个个体P1,i= 1，2,…，NP进行适应度函数F1计算评 价，并将当前最好适应度值设置为Ftest=min{FDi= 1，2,…，NP}，将对应的个体设置为当 前最好解Sbf3st;其中UPTniax分别表示微电网系统运行的初始时间和终止时间，Af?为微电网系统频 率偏差，u为分数阶频率控制器输出信号值，^和w2为目标函数的权重系数。 5) 按照式（2) _⑷对种群P中的每一个个体P1,i= 1，2,…，NP执行幂律变异（Power mutation，PM)，从而产生新的种群Pn={PNi,i= 1，2,…，NP};其中r和\是在[0, 1]范围内产生的均匀分布随机数，L和U表示分数阶频率控制器 中优化变量的下限和上限，Pni为幂律变异系数； 6) 按照式（1)对种群Pn*的每一个个体PNl，i= 1，2,…，NP进行适应度函数Fni计算 评价，得到Pn*最好适应度值FNb=min{FNl，i= 1，2,…，NP}，将对应的个体设置为当前最 好解SNb; 7) 若FbestSFNb，则设置为Fbest=FNb，Sbest=SNb;否则保持原有FbesJPSbest不变； 8) 无条件接受P=Pn; 9) 重复步骤（4)-(8)直到满足用户设定的最大迭代优化次数1_; 10) 输出最终的最佳适应度值Ftest和最佳分数阶频率控制器参数Stest = (KPb，KIb，KDb，入b，yb)，其中KPb、KIb、KDb、入b、y汾别表示最佳分数阶频率控制器比例系数、 积分系数、微分系数、分数阶积分的阶次系数、分数阶微分的阶次系数；独立微电网系统监 控计算机并实时输出Stest对应的独立微电网系统频率偏差、分数阶频率控制器输出和各组 件输出功率的运行曲线。2.根据权利要求1所述的一种独立微电网系统分数阶频率控制器优化设计及其实现 方法，其特征在于，步骤4中所涉及的权重系数^和w2可根据实际工程需求设定，具有一 定的灵活性且能达到不同的优化效果，W1-般选取为[0, 1]范围内的实数，W2设置为W2 = K(1 一W1)，其中K一般选取为K= 0? 01AT_-T_)。
【专利摘要】本发明公开一种独立微电网系统分数阶频率控制器优化设计及其实现方法。基于独立微电网系统中风力发电机、光伏阵列、柴油发电机、燃料电池、铅酸蓄电池、飞轮储能系统和电力电子变换器等各组件小信号频率响应模型、参数信息和负荷特性，本发明采用分数阶PID控制器实现独立微电网系统频率控制，并进一步采用实数编码群体进化算法实现分数阶频率控制器参数的智能整定。采用本发明可实现独立微电网系统智能调频效果，具有现有技术所不具备的以下优点：独立微电网系统具有更快的响应速度、更小的振荡幅度、更高的控制精度和更好的稳健性等控制性能，优化方法仅具有选择和变异操作，所需整定的参数更少，实施更简单，优化效率更高。
【IPC分类】H02J3/38
【公开号】CN105226721
【申请号】CN201510756032
【发明人】曾国强, 刘海洋, 李理敏, 吴烈, 谢晓青, 王琳
【申请人】温州大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年11月9日